谐波法设备状态数据诊断系统

1、二0一六年一月目录一.概述电力、铁路、石油、化工、冶金、矿山、航运等行业运用大量集成化、智能化高的复杂系统，其研制、生产，尤其是维护和保障的成本越来越高。同时，由于组成环节和影响因素的增加，发生故障和功能失效的概率逐渐加大。因此工程复杂系统故障诊断和维护逐渐成为企业设备管理者关注的焦点。从工程复杂系统可靠性、安全性、经济性考虑以预测技术为核心的故障预测和健康管理(prognosticsandhealthmanagementPHM)Z用技术得到了充分的重视和发展。PHMfe含两方面的内容，即故障预测(prognostics)和健康管理(healthmanagement)故障预测是指根据系统现在或

2、历史性能的状态，预测性地诊断部件或系统完成其功能的状态(未来的健康状态)，包括确定部件或者系统的剩余寿命或正常工作的时间长度；健康管理是根据诊断预测信息、可用维修资源和使用要求作出决策的维修活动。PHMR:表了一种对工程复杂系统管理维护概念、策略、方法的转变，实现了从基于传感器的传统诊断向基于智能系统的预测管理的转变，从而为工程复杂系统在准确的时间，对准确的部位，进行准确的维护提供了技术基础。“谐波法设备状态数据诊断系统”是公司在引进、优化国外尖端技术基础之上研发出的基于智能系统的设备状态检测和健康管理（PHM系统。该系统是在国外专家团队潜心研究几十年，跟踪数千台设备运行状态，积累4万多条检测

3、数据，取得280多个专利的基础上，应用物联网、大数据、云计算等技术构建的智能检测系统。本系统自问世以来已经被国内外很多用户使用，具适用行业遍及电力、冶金、轨道交通、矿山、船舶、汽车、石油、化工、机械制造等领域。2 .技术原理电气设备如：电动机、变压器、变频器、发电机等，在不同工作状态和不同的劣化程度下都会产生不同的高次谐波。电气设备的各种工作状态和劣化情况，与高次谐波都存在直接的对应关系。谐波法设备状态数据诊断系统就是采用谐波法对电气设备的健康状态进行检测，通过测量流向电气设备的电动机和变换器的电流而形成的相对谐波含量的大小来判断电动机、变换器劣化度及其原因和位置。这种方法使用户得以非接触的方

4、式在线检测运转中的设备，从而最大程度上反映载荷状态下的各种工作参数，能够真实反应设备系统运行中的电气状态、机械状态、负载状态和功率状态。系统操作简单、容易，配合多年积累的专家数据库和功能强大的软件平台，使客户在最短时间内自动获得电力驱动设备状态可靠的检测报告。高次谐波，就是其频率与基波频率成整数倍关系、有规律性的正弦波。电网中也存在非整数倍关系的谐波，称为非谐波也叫分数谐波，是无规则性的。电气设备有异常和劣化，就会有高次谐波发生。这种高次谐波可以利用传感器进行采集，在经过从2次到40次的FFT变换、数值化后，与多年积累的经验数据进行对比、分析，清楚了解到电气设备及电缆的异常和劣化部位。这一发现

5、使我们能够通过检测电流中的高次谐波来判断电气设备存在的问题，为设备维护和保养提供依据。不同的设备机件异常会对不同次（频率）谐波造成影响，对谐波的精密分析是驱动设备检测的基本原理。通过多年经验积累和专家分析得到了谐波含量与电机故障的关系，如下表1所示：表1利用谐波判断故障位置一览表电动机设备电动机设备的劣化部分电流谐波第一个主要分量所选择的主要分量阶数贝献率（%）阶数（按计分降序）累积贝献率（%）电动机主体旋转轴和轴承、安装2552,4,3,586定子绕组的绝缘（相位之间或接地）3613,5,2,495轴承和外壳的损坏4414,2,3,582不均匀气隙（粘附污垢、5595,3,4,293电动机负

6、载旋转轴、联轴器失衡7537,10,9,8,691轴承、黏附异物的损坏8358,7,9,10,695旋转轴和联轴器部分的破损9339,8,7,10,692转轮和皮带系统的损坏103010,7,8,9,693各判断位置所代表的电机或负载的具体部位如图2所示:判断位置对应部位示意图对设备的检测结果用百分数表示设备的劣化程度，共分三个阶段，分别用A、RC表小。劣化阶段劣化值劣化状态备注A40犯下正常B141%-60%轻度异常可以正常运行约6个月B261%-80%中度异常可以正常运行约3个月，需要进行趋势管理B381%-90%重试异常可以正常运行约1个月，设备容易发生故障，需要更换零部件和做检修的准备

7、C90%Z上劣化存在劣化，需要检修其检测结果报告如下图：谐波诊断设备不仅可以在线检测设备的运行状态，而且可以通过对同一台电气设备的长期跟踪检测，来预测其劣化趋势，进行有效跟踪管理。3 .系统结构谐波法设备状态数据诊断系统分为便携式和在线式两种，其中便携式诊断系统主要由便携式主机及传感器、用户端数据处理与诊断系统、远程专家数据库三部分组成。便携式主机及传感器负责设备谐波信号的采集、存储与处理；与用户端数据处理与诊断系统联机后，可以实现用户设备基础数据的录入，检测数据导入、分析，报告输出和趋势管理；并可和远程专家数据库连接，实现数据上传、远程诊断和报告输出。其系统结构示意图如下：在线式谐波法设备状

8、态数据诊断系统请见后面产品系列第五项介绍。4 .检测功能1.检测范围谐波法设备状态数据诊断系统能够对各类交直流电动机及其负载、发电机、变频器、逆变器、变压器、工业电容、UPS大功率电池组以及工业输电电缆的状态进行检测。具体要求：电动机：2A以上的负载电流，1kw以上的功率；电力电缆：交流电缆6000V以上。2.检测项目谐波法设备状态数据诊断系统能够对各种设备具体的检测项目如下表:设备/部件检测项目老化与故障1变频器/逆义平滑（电解）电容充放电平滑电容控制电路控制从AC-DC,DC-AC勺电路电力元件IGBT等运行电路AC-DC,DC-AC勺运行电路1i电机部11转子.轴承.固定装置转子的偏心、

9、固定不良、（反负裁侧轴承损伤）线圈绝缘（匝问/相间），振动相问/匝问绝缘的不良、电压不平衡或热振动轴承,轴承箱损伤轴承（主要是负裁侧）的损伤、轴承的变形空气隙不均一振动灰尘附着、转子偏心、发热，空气振动负裁部瞅轴器异常、同轴度低轴承磨损、不均衡、联轴器和皮带过松1轴承损伤、异物附着L.轴承磨损、负裁内部的异物混入和附着1回转轴异常、接触部位磨损主轴不良、磨损、负裁内部的异物附着齿轮、传动带损伤齿轮传动，传动带的损伤11变压器11线圈绝缘（匝间/相间），振动线圈绝缘老化、线圈局部过热（振动）、电磁振动（铁芯），率、发热、绝缘油、振动因绝缘老化、涡电流、发热、热振动现象引起的功率低下11转子.轴承

10、.固定（装置）转子的偏心、固定不良、（反负裁侧轴承损伤）发电机部线圈绝缘（匝间/相间），振动相问/匝问绝缘的不良、电压不平衡或热振动t轴承，轴承支座（电机箱体）轴承（主要是负裁侧）的损伤、轴承的变形i间隙不均一、振动灰尘附着、转子偏心、发热，空气振动注轴器异常、同轴度低轴承磨损、不均衡、联轴器和皮带过松原动机1轴承损伤、异物附着轴承磨损、负裁内部的异物混入和附着部回转轴异常、接触部磨损主轴不良、磨损、负裁内部的异物附着1:加轮、带轮系统老化_J齿轮传动，传动带的损伤卜滑（电解）电容充放电平滑电容UPS/、间断电1源L控制电路电力兀件控制逆变电路IGBT等运行电路逆变运行电路?电容器绝缘-电容器

11、外部绝缘电谷希1电容器功率电容器容量变化，电解质的老化谐波法检测仪还可以实现对电机电流三相不平衡度的诊断，电机功率三相不平衡度的诊断，变频器、逆变器、变压器、驱动器拖载能力的诊断和电动机、发电机拖载能力的诊断。3 .检测位置从配电柜到设备现场能接触到电缆的地方；电动机的检测：使用传感器靠近电动机的电缆线采集信号；高压电缆检测：使用传感器依次靠近高压电缆的输入端和输出端采集信号。4 .检测方式1）电动机的电源电缆输入端2）、变压器1次侧、2次侧3）电容器的输入端4）电力电缆输入端、输出端检测五.产品系列1. LK-8000便携式谐波法设备状态数据诊断系统LK-8000便携式谐波法设备状态数据诊断

12、系统主要针对各类交直流电动机及其负载、发电机、变频器、逆变器、变压器、工业电容、UPS大功率电池组的运行状态进行检测。2. LK-8100便携式谐波法设备状态数据诊断系统LK-8100便携式谐波法设备状态数据诊断系统主要针对各类交流电动机及其负载、变频器的运行状态进行检测。其他参数同LK-8000。3. LK-8000L便携式谐波法电力电缆状态数据诊断系统LK-8000L主要应用高压电力电缆的在线运行状态检测，利用谐波传感器分别对电缆变电侧、负载侧两端电缆中电流谐波信号的采集、处理和分析，对电缆状态进行评估、记录和管理，为电缆的维护和保养提供依据，以便维护人员及时处理，避免突发故障和安全事故。

13、系统组成包括：LK-8000L便携式主机及传感器、数据分析系统、远程专家诊断系统等部分组成。主要功能1、检测评估高压电缆绝缘体、屏蔽层、保护层及导体的劣化情况；2、检测评估电缆的施工情况对电缆安全运行造成的影响及存在的隐患；3、检测评估剩余使用寿命，提前做好电缆更换准备工作；4、分析电缆劣化的各类因素，为安全运行提供更好的依据。检测项目1、电缆线本体绝缘体部分放电、龟裂、老化、绝缘降低；铜线损坏热变形；线套损坏浸水、蚁害、鼠害等；2、连接部分：电缆头、接头部分放电、（漏电）痕迹、绝缘降低等；3、电缆通道：异物浸水，受压变形等。具体如下表所示LK-8000L电缆主要检测项目一览表检测项目劣化形态

14、本体部绝缘体液体性放电？电气性放？化学性放、部分放电、疲劳破损（龟裂）、局部过热、绝缘低下、电气性能低下屏蔽层损伤？热变形保护层损伤？浸水、蚁害？鼠害连接部电缆头连接部部分放电、漏电痕迹、绝缘低下、污损、变形、龟裂施工施工外伤？工程设施异物？浸水经年外压？变形电缆劣化评价综合评价施工年劣化评价综合评价模式评价精密诊断时显示检测范围及产品参数：交流电缆：6000V以上检测报告示例如下：4. YGX1-12矿用本安型谐波法设备故障检测仪（LK-8000系列）YGX1-12矿用本安型谐波法设备故障检测仪，为LK-8000系列产品的本安型产品，可广泛应用于矿山、石油、石化等防爆环境的设备检测。5. L

15、K-9000在线式谐波法设备状态数据诊断系统LK-9000在线式谐波法设备状态数据诊断系统是一套电气设备状态在线监控系统。系统可广泛应用于不可接触及远距离设备的在线状态检测，为设备定期维护及应急维修向设备的状态维护转变提供可靠依据，达到对运行中的设备进行不间断在线监测，获取设备的状态信息，掌握设备运行状况，并对其进行系统化的长期管理，从而达到预防设备电气性或机械性突发故障的目的。整个系统由状态数据收集系统、状态数据处理系统等两大部分组成。其中状态数据收集系统包括：谐波采集传感器、A/D转换器、交换机、服务器、数据专用PC监控终端等部分；状态数据处理系统主要是对所采集的数据进行管理及输出各类检测

16、报告，包括：数据管理软件、数据设置软件等部分。系统的整体结构如下图：系统功能1、检测评估逆变器/变频器平滑电容、控制电路、电子元件和运行电路状态和劣化情况；2、检测评估电机转子、定子、线圈、轴承、动平衡、固定装置状态和劣化、隐患情况；3、检测评估电机负载联轴节、轴承、齿轮箱状态和运行情况；4、提前发现逆变器/变频器、电机、负载相关的各类安全隐患并出具详细的分析评估报告；5、对发现的安全隐患提出具体的维修、整改措施；6、对逆变器/变频器、电机、负载状态进行趋势管理，为设备点检和维保提供依据。系统特点1、在线、实时检测，及时发现故障隐患并指导排除；2、非接触检测，丝毫不会影响原有系统和设备运行；3

17、、综合检测，同时发现逆变器/变频器、电机、负载相关问题；4、深度分析，不但检测设备状态，同时分析引起问题的原因；5、兼容性好，不用对原有设备和系统作任何改动；6、安装方便，检测传感器可直接固定在原有引线上；7、趋势管理功能让设备运行更加安全、可靠，减少突发事故。六.技术特点及优势1、主要技术特点1）、在线检测：不需停电检测，可对24小时运行的设备进行在线检测，实现对设备在线状态监控，及时掌握设备运行情况，实现设备故障及时维修；2）、非接触检测：操作简单方便,无需安装，无需停电，检测过程不会对正常生产产生任何影响；3）、综合检测：一次检测，可以同时发现变频器、电动机及其负载存在的异常与缺陷；4）

18、、报告简单易懂：专家数据库自动生成设备状态报告，无需复杂人工分析，改变了传统的检测方法需要专家或有经验的技术人员才能判断设备状态的境况，使得普通技术人员也能清晰了解设备状态情况。5）、深度分析：检测报告不但能对设备的运行提供精准的状态报告，而且还提供异常及缺陷的原因和维修保养建议;6）、趋势分析：多次检测后，可以自动生成设备运行状态的趋势分析曲线，分析设备劣化的变化趋势，预测设备的异常时间和寿命周期，实现提前发现问题并预警，指导维修，避免突发事故。2、与传统方法的比较与振动法比较，高次谐波法检测适用性更广泛，能够对设备电气老化作出精确判断。与红外线法比较，高次谐波法能够更早地发现电机与发电机潜在的设备劣化征兆，便于早期防御并调整维保计划，同时诊断更精确。卜表是与振动法和红外测温法的对比表。电机回转轴、轴承VVX卅分VVV,尘附着VXV回转轴异常/磨耗VVV，由承损伤异物附着VVV齿轮/传动带损伤VVx线圈的绝缘/振动VXx轴承箱的损伤VVx空气隙不均/振动VXx也由节的异常;VXV6殊电机诊断VXxY滑电解电容VXX控制电路VXX运行电路VXX电*76件VXX“流元件VXXM可以检测；乂不可以检测3、其它设备诊断技术无法比拟的技术优点主要有:可同时检测出机械和电气部分的异常和劣化问题。可预测出劣化的部